[发明专利]一种介质加载型沟槽缝隙波导端头天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线，特别是一种小型化、高性能的介质加载型沟槽缝隙波导端头天 线。

背景技术

微波和毫米波通信系统的发展越来越依赖于小型化，高性能，低成本的天线。近年来， 在光波段报道了一种新型周期沟槽结构，当它环绕于亚波长小孔周围时，能产生异常透射现 象和beaming效应，H.J.Lezec等人将该现象的产生归结为表面等离子体的共振激发。随后， 沟槽结构被放大到更长波长，人们通过实验验证了在微波波段沟槽结构的引入同样能产生相 应的现象，尤其是beaming特性更加激发了该结构在天线领域的应用。事实上，沟槽结构在 天线领域并不陌生，传统的人工沟槽结构由于在其表面上任意极化的电场强度均为零，呈现 高阻抗的特性，一般用于抑制表面波的传播，常见于喇叭天线中。然而这种新型沟槽结构不 同于传统抑制表面波的人工沟槽结构，相反它能激发出更多的表面波，并同时改变表面能量 的分布，使得沟槽附近的能量相对较大。这些能量在表面沟槽结构的作用下向自由空间辐射， 与主源产生的能量在远场相干叠加，从而大幅度提高了天线的方向性。考虑到天线小型化的 需求，M.Beruete利用沟槽结构设计了一款低剖面的小型化天线，增益相比平板缝隙天线提 高了约4dB。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有小型化沟槽缝隙天线的口径效率低，增益低等不 足之处，本发明提出在缝隙馈源两侧的金属板边沿对称加载高介电常数的介质，利用它来反 射更多的表面能量参与空间辐射，在沟槽和介质对辐射能量的共同作用下，进一步提高天线 的增益，增加天线的口径利用率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种介质加载型沟槽缝隙波导端头天线， 制作如下：

(1)根据需要选择天线的工作频率，确定波导端头缝隙天线的金属板的长度、宽度和 厚度；

(2)确定波导端头缝隙天线参数，其中缝隙的长度在0.4λ-0.5λ范围内取初始值， 宽度在0.1λ-0.005λ范围内取初始值；

(3)在缝隙馈源两端对称地加载一个沟槽；所述沟槽深度小于0.25λ，沟槽宽度小 于0.2λ，沟槽与缝隙间的中心距小于0.5λ；

(4)在接地板边沿加载介质，所述的介质为6-12的高介电参数材料，其厚度为3-7mm；

(5)针对增益进行天线模型仿真，在不改变缝隙参数，而仅改变沟槽和介质的参数前 提下，优化出一组天线结构参数；

(6)针对优化后的一组天线结构参数，仿真计算出天线的回波损耗，判断加载的沟槽 结构和介质是否对天线性能有影响，如果沟槽结构和介质的加载影响了天线的中心谐振频 率，则需重新调节缝隙的尺寸，使得天线的性能指标满足工程需求；最终优化确定天线各 部分结构参数，所述天线各部分结构参数包括缝隙的长度和宽度、沟槽的深度和宽度、沟 槽与缝隙间的中心距、介质的介电参数和厚度；

(7)利用现有的数控线切割或数控铣床加工技术对所设计的沟槽进行制作，然后将介 质胶粘在金属边沿，从而得到了加载有沟槽和介质的天线。

所述步骤(3)中的沟槽直接在金属板上铣出。

所述步骤(3)中沟槽长度方向与缝隙馈源电场谐振方向垂直，以调制电场方向表面波。

本发明与现有技术的相比所具有的优点在于：在沟槽缝隙天线的接地板边沿上加载了 高介电常数的介质，利用沟槽结构调制表面电磁波的同时，边沿介质能反射更多的表面能 量参与空间辐射，从而进一步提高天线的增益，增加天线的口径利用率。因其小型化、高 增益等性能，该天线在无线通信领域有着潜在的应用价值。

附图说明

图1为本发明具体实施例的天线结构侧视图；

图2为本发明具体实施例的天线结构顶视图。

具体实施方式

本发明提出的一种提高口径效率的介质加载型沟槽缝隙波导端头天线，其仿真设计及 制作步骤如下：

首先根据需要选择天线的工作频率，并确定波导端头缝隙天线的金属板的长度l1、宽 度w1和厚度h1；